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摘要
随着工业化水平的提高，越来越多的含油废水从食品、石油、纺织和制药等人类活动中排放出来。这些含油废水中存在大量成分复杂、生物毒性大、可生物降解性差的有机化合物，严重威胁人类的健康和生态系统。在众多油/水分离方法中，利用多孔材料如碳气凝胶吸附油类污染物是目前最受关注的技术之一。在本论文中，通过使用低成本、来源广泛的天然纤维素材料，制备几种不同的纤维素基碳气凝胶材料，并详细研究了它们的油/水分离能力。具体研究内容如下： （1）以硬木纸浆为原料，N-甲基吗啉-N氧化物一水合物（NMMO·H2O）和深共晶溶剂（DES）混合溶剂（DNS）为纤维素溶剂，通过溶胶-凝胶法制备了再生纤维素基碳气凝胶（DRxCA）。所制备的DR0.5CA具有优良的油/水分离性能，其对不同油类和有机溶剂的吸附量可达到自身质量的17.0-50.1倍。此外，可以通过燃烧和蒸馏的方法回收碳气凝胶，经过10次循环后，其吸附量保持不变，显示出良好的可重复使用性。 （2）通过控制硬木纸浆在DNS中的溶解时间来控制样品中线状天然纤维素和片状再生纤维素的含量，成功制备了天然纤维素/再生纤维素基碳气凝胶（NM/RxCA）。结果表明，只溶解5min所得的样品NM/RCA具有低密度（9.3mgcm-3）、高孔隙率（98.1%）、高比表面积（768.89m2g-1）。此外，经过100次80%应变压缩循环后，其应力和高度仍能保持其初始值的85.9%和80.5%。NM/RCA具有超疏水性（水接触角，WCA=151.2°），在恶劣条件下仍能保持稳定。NM/RCA可以有效分离油/水混合物中的油和有机溶剂，吸附量可达65.1-133.2gg-1，通过25次蒸馏循环后仍能保持初始吸附量的91.89%。而且可以通过泵等设备进行连续油/水分离，其通量可达11718.8m-2h-1，分离效率可以达到99.91%。 （3）通过使用管状的木棉纤维（KF）代替线状硬木纸浆，成功制备了木棉/再生纤维素基碳气凝胶（KRxCA）。结果表明再生纤维素占总质量的10%时，所制备KR10CA的密度低至3.8mgcm-3，孔隙率高达98.9%，对不同油类和有机溶剂的吸附量为137.5-371.7gg-1。该气凝胶经过100次50%应变压缩循环后，其应力和高度几乎不变。通过泵等设备进行连续油/水分离，其通量可达21972.7Lm-2h-1，分离效率高达99.95%。此外，在800℃碳化后，碳气凝胶具有优异的导电性能可作为压力传感器，经过1000次循环后，表现出良好的电流响应稳定性。
关键词
含油废水处理/纤维素基碳气凝胶/深共晶溶剂/油水分离/油类污染物引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
材料科学与工程导师
李文江/Bradley Dean Fahlman/温建波学位年度
2023学位授予单位
天津理工大学语种
中文中图分类号
X7